發光二極管（LED）的顯示技術

趙燕慧

安慶師范大學物電學院

發光二極管（LED）的顯示技術

趙燕慧

安慶師范大學物電學院

發光二極管（LED）的顯示技術是一門將電子設備輸出的電信號轉化成總體的光信號，從而可以讓人們直觀地通過各種形式觀察目標的一門高級技術。本文詳細闡述了發光二極管通過自發輻射產生非相干光、進而實現目標顯示的機理，顯現了信息化交流并不局限在人與人之間，也能在人與機器之間。隨著光電技術的快速發展，LED顯示技術將在各個行業獲得更廣泛的運用。

LED顯示技術；發光二極管發光及顯示機理；LED顯示技術發展前景

1　引言

光電顯示技術是一門光電信息轉化技術。其目的在于讓人們通過視覺感知電子設備傳輸光信號的信息轉化。有數據顯示，感受器當中視覺感受器所占比例最大，可以達到總體的五分之三，聽覺感受器只有視覺感受器的三分之一，觸覺感受器為其四分之一，味覺感受器和嗅覺感受器只占很小的比例［1］。由此可以看出圖像顯示在信息顯示中的重要作用，人們通過顯示器件與機器之間進行信息交流，在順應時代發展潮流的同時也在不斷更新電子顯示器件。本文將主要通過發光二極管（LED的顯示機理展開詳細闡述。

2　LED的發光機理

2.1LED發光的物理基礎

LED作為一種固態半導體器件可以直接實現電信號到光信號的信息轉換功能。LED的一個主要部分--半導體晶片分為兩極，正極和負極，負極端和一個支架相互連接，正極端與電源相連接，然后用環氧樹脂將整個晶片進行封裝。半導體晶片由P型和N型組成，P型半導體中多數載流子是空穴，N型半導體中多數載流子是自由電子，當P型半導體和N型半導體連接在一起時，在它們之間就會產生一個P-N結。當晶片中有電流通過時，晶片就會受到電流的影響，此時N區的電子就會向P區擴散，并與P區里的多數載流子空穴作用在一起，接著就會產生能量［1］。下圖1清晰地反映出LED的發光原理。

圖1　LED發光原理圖

波長決定了晶片的發光顏色，其中P-N結的材料決定了光的波長，常見的可見光一般可以根據波長的不同進行分類。在最早研制出來的普通的LED中所占比重最大的是紅色、橙色、綠色、黃色發光二極管，在使用亮度方面它們處于低級或者中級，在最新幾年中，LED在開發和使用方面得到了不斷的發展更新，在性能選擇方面，藍光發光二極管和一些亮度處于高級和超高級的LED備受青睞。

2.2結構及發光機理

圖2　發光二極管的結構

發光二極管的結構如圖2所示，它可以分為面發光型和邊發光型兩種。

電子與空穴發生作用時會放出能量從而使LED發光。發光二極管產生的是自發輻射光，能量會以光子的形式釋放出去，它的頻率、相位和偏振等狀態都是不一樣的，是非相干光。其中自發輻射是指處于能級較高的電子自動地遷移到較低的能級［2］，這一過程可以用下圖3形象地展示出來。

圖3　自發輻射

2.3發光二極管的驅動

驅動電路是LED產品的重要組成部分。其中有三種不同的驅動方式：直流驅動主要采用阻、容降壓，然后加上一個穩壓二極管，向LED供電，它是三種方式中最為簡單的；在電流值相同的情況下，驅動電路偏向于正向電流；脈沖驅動法是利用人的眼睛能夠暫時保留圖像信息這一特點，采用反復通電和斷電的方式使LED器件點燃。

3　基于LED的顯示技術

3.1顯示機理

LED顯示屏是通過多個LED器件按照一定的排列順序相互組合而成的，它可以通過一些方式進行控制，從而將一些文字、圖像、數據、發展趨勢等信息顯示出來，此外，它還可以顯示電視和一些錄像信息。一般通用的LED顯示系統組成部分如下圖4所示。

圖4　LED顯示系統組成

信號控制單元可以由單片機系統、獨立的微機系統、傳呼接收與控制系統等組成。它可以產生某些特定的數字信號，然后控制整個顯示系統，使每個不同的器件各司其職又相互協作，進而完成顯示工作。譯碼器是掃描控制單元的主要組成部分，它能夠讓LED陣列不停地反復進行選擇。驅動單元一般可以分為三極管陣列，它可以給LED提供所需要的大電流。等到數據顯示完成后，信號控制單元首先將第一行數據傳到掃描控制單元的移位寄存器并封存，然后第一行的LED陣列就被掃描電路選通了，一段時間過后，就可以用同樣的方法將接下來的行顯示出來，一直持續到最后一幀的顯示工作的完成［3］。

3.2顯示器件掃描驅動電路

LED顯示器件掃描驅動電路可以實現對顯示屏所要顯示的信息內容的接收、信息轉變及相應的加工功能。通常顯示屏的控制技術的結構成分包括輸入輸出、信號控制、信號轉換和數字處理部分等，下面簡要介紹幾種具體涉及的技術。

3.2.1串行傳輸與并行傳輸

串行和并行是LED顯示屏上數據的兩種不同的傳輸方式，相對而言串行控制技術運用的比較多。在串行控制方式下，存在于顯示屏每一個內部單元會通過不同的驅動電路或者相互有連接的單元之間在一個信號指示下只傳輸一位數據，與此同時，一種顏色也各有一位傳輸數據。

3.2.2動態掃描與靜態鎖存

信息的刷新原理分為靜態掃描和動態鎖存，二者各有其優勢。為了充分利用其優勢將動態掃描技術應用于室內顯示，可以用一行驅動寄存器來容納很多發光二極管；另一方面，靜態鎖存這一技術被應用于室外的顯示屏，與室內顯示屏不同的是，采取的方法是每一個驅動寄存器里面都有一個發光二極管。

3.2.3自動檢測、遠程控制技術

LED顯示屏的結構較為復雜，室外顯示屏在正常運行時會受到許多因素的直接影響，比如電力大小，環境溫度變化、光照強度等。為此，需要考慮安裝自動檢測裝置，對上述影響因素一一進行檢測，或者轉換一下工作方式，采用遠程實現的方式，在顯示屏圖像位置、圖像色彩等方面進行調節。控制模式有單片機控制、微機控制、主從控制、紅外遙控、通信傳輸和網絡控制、GPRS/GSM無線控制等。

4　前景展望

針對信息顯示需求的不斷提高，本文根據光信號與電信號能夠相互轉換的原理，詳細闡述了發光二極管的顯示機理，綜述了基于LED的顯示技術，分析了LED顯示技術的實際應用，并呈現了這些技術所取得的階段性成果。通過這些闡述和分析，不難發現，LED顯示技術正由不夠成熟向模塊化方向發展，但就目前而言，LED顯示技術由于光損耗的問題使得顯示屏的光通量在一定程度上不足，發光效率不夠高，由于外界因素的影響在使用壽命方面也會受到影響。基于上述所呈現的階段性成果，可以推斷，專業化、信息化、多樣化將是未來LED顯示技術的必由之路。由此，隨著新技術的不斷涌現，LED顯示技術將會更加完善，應用領域將更加廣泛。

［1］《光電顯示技術》清華大學出版社

［2］《光纖通信系統第3版》機械工業出版社

［3］張華.LED顯示系統的設計研究.四川大學研究生學位論文，2004